В основі всіх живих процесів лежить атомно-молекулярний рух. Як дихальний процес, і клітинний розвиток, розподіл неможливі без енергії. Джерелом енергетичного постачання є АТФ, що це таке і як утворюється розглянемо далі.

Перед вивченням поняття АТФ необхідне його розшифрування. Даний термін означає нуклеозидтрифосфат, який суттєво значимий для енергетичного та речового обміну у складі організму.

Це унікальне енергетичне джерело, яке лежить в основі біохімічних процесів.Ця сполука є основним для ферментативної освіти.

АТФ було відкрито у Гарварді 1929 року. Засновниками стали вчені Гарвардської медичної школи. До них увійшли Карл Ломан, Сайрус Фіске та Йеллапрагада Суббарао. Вони виявили сполуку, яка за будовою нагадувала аденіловий нуклеотид рибонуклеїнових кислот.

Відмінною особливістю сполуки було вміст трьох залишків фосфорної кислоти замість одного. У 1941 році вчений Фріц Ліпман довів, що АТФ має енергетичний потенціал у межах клітини. Згодом було виявлено ключовий фермент, який отримав назву АТФ-синтазу. Його завдання – освіта в мітохондріях кислотних молекул.

АТФ – це енергетичний акумулятор у клітинній біології, є обов'язковим успішного здійснення біохімічних реакцій.

Біологія аденозинтрифосфорної кислоти передбачає її утворення внаслідок енергетичного обміну. Процес складається із створення 2 молекул на другій стадії. Інші 36 молекул з'являються третьому етапі.

Скупчення енергії у структурі кислоти відбувається у сполучній частині між залишками фосфору. У разі від'єднання 1 фосфорного залишку відбувається енергетичне виділення 40 кДж.

В результаті кислота перетворюється на аденозиндифосфат (АДФ). Наступне фосфатне від'єднання сприяє появі аденозинмонофосфату (АМФ).

Слід зазначити цикл рослин передбачає повторне використання АМФ і АДФ, в результаті якого відбувається відновлення цих сполук до стану кислоти. Це забезпечується процесом.

Будова

Розкриття сутності сполуки можливе після вивчення того, які сполуки входять до складу молекули АТФ.

Які сполуки входять до складу кислоти:

• 3 залишки фосфорної кислоти. Кислотні залишки поєднуються один з одним за допомогою енергетичних зв'язків нестійкого характеру. Зустрічається також за назвою ортофосфорної кислоти;
• аденін: Є азотистою основою;
• Рибоза: Являє собою пентозний вуглевод.

Входження до складу АТФ даних елементів надає їй нуклеотидну будову. Це дозволяє відносити молекулу до категорії нуклеїнових кислот.

Важливо!Внаслідок відщеплення кислотних молекул відбувається вивільнення енергії. Молекула АТФ містить 40 кДж енергії.

Освіта

Формування молекули відбувається в мітохондріях та хлоропластах. Основний момент у молекулярному синтезі кислоти – дисиміляційний процес. Дисиміляція – процес переходу складного з'єднання відносно відносно простого за рахунок руйнування.

В рамках синтезу кислоти прийнято виділяти кілька стадій:

1. Підготовча. Основа розщеплення – травний процес, що забезпечується за рахунок ферментативної дії. Розпаду піддається їжа, що потрапила до організму. Відбувається жирове розкладання до жирних кислот та гліцерину. Білки розпадаються до амінокислот, крохмаль – до утворення глюкози. Етап супроводжується виділенням енергії теплового характеру.
2. Безкиснева, або гліколіз. В основі лежить процес розпаду. Відбувається глюкозне розщеплення за участю ферментів, при цьому 60% енергії, що виділяється, перетворюється на тепло, решта залишається в складі молекули.
3. Киснева, або гідроліз; Здійснюється усередині мітохондрій. Відбувається за допомогою кисню та ферментів. Бере участь кисень, що видихається організмом. Завершується повною. Має на увазі енергетичне виділення для формування молекули.

Існують такі шляхи молекулярної освіти:

1. Фосфорилювання субстратного характеру. Засноване на енергії речовин у результаті окиснення. Превалююча частина молекули формується в мітохондріях на мембранах. Здійснюється без участі ферментів мембрани. Здійснюється в цитоплазматичній частині за допомогою гліколізу. Допускається варіант освіти з допомогою транспортування фосфатної групи з інших макроергічних сполук.
2. Фосфорилювання окисного характеру. Відбувається за рахунок окисної реакції.
3. Фотофосфорилювання у рослин під час фотосинтезу.

Значення

Основне значення молекули для організму розкривається через те, яку функцію виконує АТФ.

Функціонал АТФ включає такі категорії:

1. Енергетичну. Забезпечує організм енергією, є енергетичною основою фізіологічних біохімічних процесів та реакцій. Відбувається за рахунок двох високоенергетичних зв'язків. Має на увазі м'язове скорочення, формування трансмембранного потенціалу, забезпечення молекулярного перенесення крізь мембрани.
2. Основу синтезу. Вважається вихідною сполукою для подальшого утворення нуклеїнових кислот.
3. Регулятивну. Лежить основу регуляції більшості процесів біохімічного характеру. Забезпечується за рахунок приналежності до алостеричного ефектора ферментативного ряду. Впливає на активність регуляторних центрів шляхом їхнього посилення чи придушення.
4. Посередницьку. Вважається вторинною ланкою передачі гормонального сигналу в клітину. Є попередником утворення циклічного АДФ.
5. Медіаторну. Є сигнальною речовиною у синапсах та інших взаємодіях клітинного характеру. Забезпечується пуринергічна сигнальна передача.

Серед перерахованих моментів чільне місце відводиться енергетичної функції АТФ.

Важливо розумітинезалежно від того, яку функцію виконує АТФ, її значення універсальне.

Корисне відео

Підведемо підсумки

В основі фізіологічних та біохімічних процесів лежить існування молекули АТФ. Основне завдання з'єднань – енергетичне забезпечення. Без з'єднання неможлива життєдіяльність як рослин, і тварин.

Вконтакте

Продовження. Див. № 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Уроки біології в класах природничо-наукового профілю

Розширене планування, 10 клас

Урок 19. Хімічна будова та біологічна роль АТФ

Обладнання:таблиці із загальної біології, схема будови молекули АТФ, схема взаємозв'язку пластичного та енергетичного обмінів.

I. Перевірка знань

Проведення біологічного диктанту «Органічні сполуки живої матерії»

Вчитель читає тези під номерами, учні записують у зошит номери тих тез, які підходять за змістом їхнього варіанту.

Варіант 1 – білки.
Варіант 2 – вуглеводи.
Варіант 3 – ліпіди.
Варіант 4 – нуклеїнові кислоти.

1. У чистому вигляді складаються лише з атомів С, Н, Про.

2. Крім атомів, Н, Про містять атоми N і зазвичай S.

3. Крім атомів, Н, Про містять атоми N і Р.

4. Мають відносно невелику молекулярну масу.

5. Молекулярна маса може бути від тисяч до кількох десятків та сотень тисяч дальтонів.

6. Найбільші органічні сполуки з молекулярною масою до кількох десятків і сотень мільйонів дальтонів.

7. Мають різні молекулярні маси – від дуже невеликої до дуже високої, залежно від того, чи є речовина мономером або полімером.

8. Складаються з моносахаридів.

9. Складаються з амінокислот.

10. Складаються із нуклеотидів.

11. Є складними ефірами вищих жирних кислот.

12. Основна структурна одиниця: «азотиста основа-пентоза-залишок фосфорної кислоти».

13. Основна структурна одиниця: "амінокислот".

14. Основна структурна одиниця: «моносахарид».

15. Основна структурна одиниця: «гліцерин-жирна кислота».

16. Молекули полімерів побудовані з однакових мономерів.

17. Молекули полімерів побудовані зі схожих, але не цілком однакових мономерів.

18. Не є полімерами.

19. Виконують майже виключно енергетичну, будівельну та запасну функції, у деяких випадках – захисну.

20. Крім енергетичної та будівельної виконують каталітичну, сигнальну, транспортну, рухову та захисну функції;

21. Здійснюють зберігання та передачу спадкових властивостей клітини та організму.

Варіант 1 – 2; 5; 9; 13; 17; 20.
Варіант 2 – 1; 7; 8; 14; 16; 19.
Варіант 3 – 1; 4; 11; 15; 18; 19.
Варіант 4– 3; 6; 10; 12; 17; 21.

ІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Будова аденозинтрифосфорної кислоти

Крім білків, нуклеїнових кислот, жирів та вуглеводів у живій речовині синтезується велика кількість інших органічних сполук. Серед них важливу роль у біоенергетиці клітини відіграє аденозинтрифосфорна кислота (АТФ).АТФ міститься у всіх клітинах рослин та тварин. У клітинах найчастіше аденозинтрифосфорна кислота є у вигляді солей, званих аденозинтрифосфатами. Кількість АТФ коливається й у середньому становить 0,04% (у клітині загалом перебуває близько 1 млрд молекул АТФ). Найбільша кількістьАТФ міститься у кістякових м'язах (0,2–0,5%).

Молекула АТФ складається з азотистого підстави – аденіну, пентози – рибози та трьох залишків фосфорної кислоти, тобто. АТФ – особливий аденіловий нуклеотид. На відміну від інших нуклеотидів АТФ містить не один, а три залишки фосфорної кислоти. АТФ відноситься до макроергічних речовин - речовин, що містять у своїх зв'язках велику кількість енергії.

Просторова модель (А) та структурна формула (Б) молекули АТФ

Зі складу АТФ під дією ферментів АТФаз відщеплюється залишок фосфорної кислоти. АТФ має стійку тенденцію до відділення своєї кінцевої фосфатної групи:

АТФ 4– + Н 2 О ––> АДФ 3– + 30,5 кДж + Фн,

т.к. це призводить до зникнення енергетично невигідного електростатичного відштовхування між сусідніми негативними зарядами. Фосфат, що утворився, стабілізується за рахунок утворення енергетично вигідних водневих зв'язків з водою. Розподіл заряду у системі АДФ + Фн стає стійкішим, ніж у АТФ. Внаслідок цієї реакції вивільняється 30,5 кДж (при розриві звичайного ковалентного зв'язку вивільняється 12 кДж).

Для того, щоб підкреслити високу енергетичну вартість фосфорно-кисневого зв'язку в АТФ, її прийнято позначати знаком ~ і називати макроенергетичним зв'язком. При відщепленні однієї молекули фосфорної кислоти АТФ перетворюється на АДФ (аденозиндифосфорная кислота), і якщо відщеплюються дві молекули фосфорної кислоти, то АТФ перетворюється на АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Відщеплення третього фосфату супроводжується виділенням лише 13,8 кДж, отже власне макроергічних зв'язків у молекулі АТФ лише дві.

2. Утворення АТФ у клітині

Запас АТФ у клітині невеликий. Наприклад, у м'язі запасів АТФ вистачає на 20–30 скорочень. Але ж м'яз здатний працювати годинником і виробляти тисячі скорочень. Тому поряд з розпадом АТФ до АДФ у клітині має безперервно йти зворотний синтез. Існує кілька шляхів синтезу АТФу клітинах. Познайомимося із ними.

1. Анаеробне фосфорилювання.Фосфорилювання називають процес синтезу АТФ з АДФ і низькомолекулярного фосфату (Фн). В даному випадку йдеться про безкисневі процеси окислення органічних речовин (наприклад, гліколіз - процес безкисневого окислення глюкози до піровиноградної кислоти). Приблизно 40% енергії, що виділяється в ході цих процесів (близько 200 кДж/моль глюкози), витрачається на синтез АТФ, а решта розсіюється у вигляді тепла:

З 6 Н 12 Про 6 + 2АДФ + 2Фн -> 2С 3 Н 4 O 3 + 2АТФ + 4Н.

2. Окисне фосфорилювання- Це процес синтезу АТФ за рахунок енергії окислення органічних речовин киснем. Цей процес було відкрито на початку 1930-х років. XX ст. В.А. Енгельгардт. Кисневі процеси окислення органічних речовин протікають у мітохондріях. Приблизно 55% енергії, що виділяється при цьому (близько 2600 кДж/моль глюкози) перетворюється на енергію хімічних зв'язків АТФ, а 45% розсіюється у вигляді тепла.

Окисне фосфорилювання значно ефективніше анаеробних синтезів: якщо в процесі гліколізу при розпаді молекули глюкози синтезується всього 2 молекули АТФ, то в ході окислювального фосфорилювання утворюється 36 молекул АТФ.

3. Фотофосфорилювання- Процес синтезу АТФ за рахунок енергії сонячного світла. Цей шлях синтезу АТФ характерний лише клітин, здатних до фотосинтезу (зелені рослини, ціанобактерії). Енергія квантів сонячного світла використовується фотосинтетиками в світлову фазуфотосинтезу для синтезу АТФ.

3. Біологічне значення АТФ

АТФ знаходиться в центрі обмінних процесів у клітині, будучи сполучною ланкою між реакціями біологічного синтезу та розпаду. Роль АТФ у клітині можна порівняти з роллю акумулятора, оскільки у ході гідролізу АТФ виділяється енергія, необхідна різних процесів життєдіяльності («розрядка»), а процесі фосфорилування («зарядка») АТФ знову акумулює у собі енергію.

За рахунок енергії, що виділяється при гідролізі АТФ, відбуваються майже всі процеси життєдіяльності в клітині та організмі: передача нервових імпульсів, біосинтез речовин, м'язові скорочення, транспорт речовин та ін.

ІІІ. Закріплення знань

Вирішення біологічних завдань

Завдання 1. При швидкому бігу ми часто дихаємо, відбувається посилене потовиділення. Поясніть ці явища.

Завдання 2. Чому на морозі люди, що замерзають, починають притупувати і підстрибувати?

Завдання 3. У відомому творі І.Ільфа та Є.Петрова «Дванадцять стільців» серед багатьох корисних порад можна знайти і такою: «Дихайте глибше, ви схвильовані». Спробуйте обґрунтувати цю пораду з погляду енергетичних процесів, що відбуваються в організмі.

IV. Домашнє завдання

Розпочати підготовку до заліку та контрольної роботи (продиктувати питання заліку – див. урок 21).

Урок 20. Узагальнення знань у розділі «Хімічна організація життя»

Обладнання:таблиці із загальної біології.

I. Узагальнення знань розділу

Робота учнів з питаннями (індивідуально) з наступними перевіркою та обговоренням

1. Наведіть приклади органічних сполук, до складу яких входять вуглець, сірка, фосфор, азот, залізо, марганець.

2. Як за іонним складом можна відрізнити живу клітину від мертвої?

3. Які речовини знаходяться у клітині у нерозчиненому вигляді? У які органи та тканини вони входять?

4. Наведіть приклади макроелементів, що входять до активних центрів ферментів.

5. Які гормони містять мікроелементи?

6. Яка роль галогенів в організмі людини?

7. Чим білки відрізняються від штучних полімерів?

8. Чим відрізняються пептиди від білків?

9. Як називається білок, що входить до складу гемоглобіну? З яких субодиниць він складається?

10. Що таке рибонуклеазу? Скільки амінокислот входить до її складу? Коли її синтезували штучно?

11. Чому швидкість хімічних реакцій без ферментів мала?

12. Які речовини транспортуються білками через клітинну мембрану?

13. Чим відрізняються антитіла від антигенів? Чи містять вакцини антитіла?

14. На які речовини розпадаються білки в організмі? Скільки енергії виділяється у своїй? Де і як знешкоджується аміак?

15. Наведіть приклад пептидних гормонів: як вони беруть участь у регуляції клітинного метаболізму?

16. Якою є структура цукру, з яким ми п'ємо чай? Які ще три синоніми цієї речовини ви знаєте?

17. Чому жир у молоці не збирається на поверхні, а знаходиться у вигляді суспензії?

18. Яка маса ДНК в ядрі соматичної та статевої клітин?

19. Яка кількість АТФ використовується людиною на добу?

20. З яких білків люди виготовляють одяг?

Первинна структура панкреатичної рибонуклеази (124 амінокислоти)

ІІ. Домашнє завдання.

Продовжити підготовку до заліку та контрольної роботи у розділі «Хімічна організація життя».

Урок 21. Заліковий урок у розділі «Хімічна організація життя»

I. Проведення усного заліку з питань

1. Елементарний склад клітини.

2. Характеристика органогенних елементів.

3. Структура молекули води. Водневий зв'язок та його значення в «хімії» життя.

4. Властивості та біологічні функції води.

5. Гідрофільні та гідрофобні речовини.

6. Катіони та його біологічне значення.

7. Аніони та їх біологічне значення.

8. Полімери. Біологічні полімери Відмінності періодичних та неперіодичних полімерів.

9. Властивості ліпідів, їх біологічні функції.

10. Групи вуглеводів, що виділяються за особливостями будови.

11. Біологічні функції вуглеводів.

12. Елементарний склад білків. амінокислоти. Утворення пептидів.

13. Первинна, вторинна, третинна та четвертинна структури білків.

14. Біологічна функція білків.

15. Відмінність ферментів від небіологічних каталізаторів.

16. Будова ферментів. Коферменти.

17. Механізм впливу ферментів.

18. Нуклеїнові кислоти. Нуклеотиди та їх будова. Освіта полінуклеотидів.

19. Правила Е. Чаргаффа. Принцип комплементарності

20. Освіта дволанцюжкової молекули ДНК та її спіралізація.

21. Класи клітинної РНК та його функції.

22. Відмінності ДНК та РНК.

23. Реплікація ДНК. Транскрипція.

24. Будова та біологічна роль АТФ.

25. Утворення АТФ у клітині.

ІІ. Домашнє завдання

Продовжити підготовку до контрольної роботи у розділі «Хімічна організація життя».

Урок 22. Контрольний урок у розділі «Хімічна організація життя»

I. Проведення письмової контрольної роботи

Варіант 1

1. Є три види амінокислот - А, В, С. Скільки варіантів поліпептидних ланцюгів, що складаються з п'яти амінокислот, можна побудувати. Укажіть ці варіанти. Чи будуть ці поліпептиди мати однакові властивості? Чому?

2. Все живе переважно складається з сполук вуглецю, а аналог вуглецю – кремній, вміст якого у земної корі в 300 разів більше, ніж вуглецю, зустрічається лише у небагатьох організмах. Поясніть цей факт з погляду будови та властивостей атомів цих елементів.

3. В одну клітину ввели молекули АТФ, мічені радіоактивним 32Р за останнім, третім залишком фосфорної кислоти, а в іншу – молекули АТФ, мічені 32Р по першому, найближчому до рибозу залишку. Через 5 хвилин в обох клітинах поміряли вміст неорганічного фосфат-іону, міченого 32Р. Де воно виявиться значно вищим?

4. Дослідження показали, що 34% загальної кількості нуклеотидів даної іРНК посідає гуанін, 18% – на урацил, 28% – на цитозин і 20% – на аденін. Визначте відсотковий склад азотистих основ дволанцюгової ДНК, зліпком з якої є вказана іРНК.

Варіант 2

1. Жири складають «перший резерв» в енергетичному обміні та використовуються, коли вичерпано резерв вуглеводів. Однак у скелетних м'язах за наявності глюкози та жирних кислот більшою мірою використовуються останні. Білки ж як джерело енергії завжди використовуються лише в крайньому випадку, при голодуванні організму. Поясніть ці факти.

2. Іони важких металів (ртуті, свинцю та ін.) та миш'яку легко зв'язуються сульфідними угрупованнями білків. Знаючи властивості сульфідів цих металів поясніть, що станеться з білком при з'єднанні з цими металами. Чому важкі метали є отрутою для організму?

3. У реакції окислення речовини А речовина В звільняється 60 кДж енергії. Скільки молекул АТФ може бути максимально синтезовано у цій реакції? Як буде витрачено решту енергії?

4. Дослідження показали, що 27% загальної кількості нуклеотидів даної іРНК посідає гуанін, 15% – на урацил, 18% – на цитозин і 40% – на аденін. Визначте відсотковий склад азотистих основ дволанцюгової ДНК, зліпком з якої є вказана іРНК.

Далі буде

Найважливішою речовиною у клітинах живих організмів є аденозинтрифосфорна кислота або аденозинтрифосфат. Якщо ввести абревіатуру цієї назви, то отримаємо АТФ (англ. ATP). Ця речовина відноситься до групи нуклеозидтрифосфатів і відіграє провідну роль у процесах метаболізму в живих клітинах, будучи незамінним джерелом енергії.

Вконтакте

Першовідкривачами АТФ стали вчені-біохіміки гарвардської школи тропічної медицини - Єллапрагада Суббарао, Карл Ломан та Сайрус Фіске. Відкриття відбулося у 1929 році і стало головною віхою у біології живих систем. Пізніше, 1941 року, німецьким біохіміком Фріцем Ліпманом було встановлено, що АТФ у клітинах є основним переносником енергії.

Будова АТФ

Ця молекула має систематичне найменування, яке записується так: 9-β-D-рибофуранозиладенін-5′-трифосфат, або 9-β-D-рибофуранозил-6-аміно-пурин-5′-трифосфат. Які сполуки входять до складу АТФ? Хімічно вона є трифосфорним ефіром аденозину. похідного аденіну та рибози. Ця речовина утворюється шляхом з'єднання аденіну, що є пуриновою азотистою основою, з 1'-вуглецем рибози за допомогою β-N-глікозидного зв'язку. До 5'-вуглецю рибози потім послідовно приєднуються -, - і -молекули фосфорної кислоти.

Таким чином, молекула АТФ містить такі сполуки, як аденін, рибозу та три залишки фосфорної кислоти. АТФ - це особлива сполука, що містить зв'язки, за яких вивільняється велика кількість енергії. Такі зв'язки та речовини називаються макроергічними. Під час гідролізу цих зв'язків молекули АТФ відбувається виділення кількості енергії від 40 до 60 кДж/моль, при цьому процес супроводжується відщепленням одного або двох залишків фосфорної кислоти.

Ось як записуються ці хімічні реакції:

• 1). АТФ + вода → АДФ + фосфорна кислота + енергія;
• 2). АДФ + вода → АМФ + фосфорна кислота + енергія.

Енергія, вивільнена в ході зазначених реакцій, використовується в подальших біохімічних процесах, які потребують певних енерговитрат.

Роль АТФ у живому організмі. Її функції

Яку функцію виконує АТФ?Насамперед, енергетичну. Як було вище сказано, основною роллю аденозинтрифосфата є енергозабезпечення біохімічних процесів у живому організмі. Така роль зумовлена ​​тим, що завдяки наявності двох високоенергетичних зв'язків, АТФ виступає джерелом енергії для багатьох фізіологічних та біохімічних процесів, що потребують великих енерговитрат. Такими процесами є реакції синтезу складних речовин у організмі. Це, насамперед, активне перенесення молекул через клітинні мембрани, включаючи участь у створенні міжмембранного електричного потенціалу, та здійснення скорочення м'язів.

Крім зазначеної, перерахуємо ще декілька, не менш важливих функцій АТФ, таких як:

Як утворюється АТФ у організмі?

Синтез аденозинтрифосфорної кислоти триває постійно, т. К. Енергія організму для нормальної життєдіяльності потрібна завжди. У кожен конкретний момент міститься зовсім небагато цієї речовини – приблизно 250 грамів, які є «недоторканним запасом» на «чорний день». Під час хвороби йде інтенсивний синтез цієї кислоти, тому що потрібно багато енергії для роботи імунної та видільної систем, а також системи терморегуляції організму, що необхідно для ефективної боротьби з недугою, що почалася.

У яких клітинах АТФ найбільше? Це клітини м'язової та нервової тканин, оскільки в них найбільш інтенсивно йдуть процеси енергообміну. І це очевидно, адже м'язи беруть участь у русі, що вимагає скорочення м'язових волокон, а нейрони передають електричні імпульси, без яких неможлива робота всіх систем організму. Тому так важливо для клітин підтримувати незмінний і високий рівень аденозинтрифосфату.

Яким чином в організмі можуть утворюватися молекули аденозинтрифосфату? Вони утворюються шляхом так званого фосфорилювання АДФ (аденозиндіфосфату). Ця хімічна реакціявиглядає наступним чином:

АДФ + фосфорна кислота + енергія → АТФ + вода.

Фосфорилювання ж АДФ відбувається за участю таких каталізаторів, як ферменти і світло, і здійснюється одним із трьох способів:

Як окисне, так і субстратне фосфорилювання використовує енергію речовин, що окислюються в процесі такого синтезу.

Висновок

Аденозинтрифосфорна кислота- це найчастіше оновлювана речовина в організмі. Скільки у середньому живе молекула аденозинтрифосфату? У тілі людини, наприклад, тривалість її життя становить менше однієї хвилини, тому одна молекула такої речовини народжується та розпадається до 3000 разів на добу. Вражаюче, але протягом дня людський організмсинтезує близько 40 кг цієї речовини! Настільки великі потреби у цьому «внутрішньому енергетиці» для нас!

Весь цикл синтезу та подальшого використання АТФ як енергетичне паливо для процесів обміну речовин в організмі живої істоти являє собою саму суть енергетичного обміну в цьому організмі. Таким чином, аденозинтрифосфат є свого роду «батарейкою», що забезпечує нормальну життєдіяльність усіх клітин живого організму.

У біології АТФ – це джерело енергії та основа життя. АТФ – аденозинтрифосфат – бере участь у процесах метаболізму та регулює біохімічні реакції в організмі.

Що це?

Зрозуміти, що таке АТФ допоможе хімія. Хімічна формула молекули АТФ – C10H16N5O13P3. Запам'ятати повну назву нескладно, якщо розбити її на складові. Аденозинтрифосфат або аденозинтрифосфорна кислота - нуклеотид, що складається з трьох частин:

• аденіна - пуринової азотистої основи;
• рибози - моносахарида, що відноситься до пентоз;
• трьох залишків фосфорної кислоти

Рис. 1. Будова молекули АТФ.

Більш детальна розшифровка АТФ представлена ​​таблиці.

АТФ вперше виявили гарвардські біохіміки Суббарао, Ломан, Фіске у 1929 році. 1941 року німецький біохімік Фріц Ліпман встановив, що АТФ є джерелом енергії живого організму.

Освіта енергії

Фосфатні групи з'єднані між собою високоенергетичними зв'язками, які легко руйнуються. При гідролізі (взаємодії з водою) зв'язки фосфатної групи розпадаються, вивільняючи велику кількість енергії, а АТФ перетворюється на АДФ (аденозиндифосфорну кислоту).

Умовно хімічна реакція виглядає так:

ТОП-4 статтіякі читають разом з цією

АТФ + Н2О → АДФ + Н3РО4 + енергія

Рис. 2. Гідроліз АТФ.

Частина енергії, що вивільнилася (близько 40 кДж/моль) бере участь в анаболізмі (асиміляції, пластичному обміні), частина - розсіюється у вигляді тепла для підтримки температури тіла. При подальшому гідролізі АДФ відщеплюється ще одна фосфатна група з вивільненням енергії та утворенням АМФ (аденозин-монофосфату). АМФ гідролізу не піддається.

Синтез АТФ

АТФ розташовується в цитоплазмі, ядрі, хлоропластах, мітохондріях. Синтез АТФ у тваринній клітині відбувається в мітохондріях, а в рослинній - у мітохондріях та хлоропластах.

АТФ утворюється з АДФ та фосфату з витратою енергії. Такий процес називається фосфорилюванням:

АДФ + Н3РО4 + енергія → АТФ + Н2О

Рис. 3. Утворення АТФ із АДФ.

У рослинних клітинах фосфорилювання відбувається при фотосинтезі і називається фотофосфорилуванням. У тварин процес протікає при диханні і називається окисним фосфорилуванням.

У тваринних клітинах синтез АТФ відбувається у процесі катаболізму (дисиміляції, енергетичного обміну) при розщепленні білків, жирів, вуглеводів.

Функції

З визначення АТФ відомо, що ця молекула здатна давати енергію. Крім енергетичної аденозинтрифосфорна кислота виконує інші функції:

• є матеріалом для синтезу нуклеїнових кислот;
• є частиною ферментів та регулює хімічні процеси, прискорюючи або уповільнюючи їх перебіг;
• є медіатором – передає сигнал синапсам (місцям контакту двох клітинних мембран).

Що ми дізналися?

З уроку біології 10 класу дізналися про будову та функції АТФ - аденозинтрифосфорної кислоти. АТФ складається з аденіну, рибози та трьох залишків фосфорної кислоти. При гідролізі фосфатні зв'язки руйнуються, що звільняє енергію, необхідну життєдіяльності організмів.

Тест на тему

Оцінка доповіді

Середня оцінка: 4.6. Усього отримано оцінок: 621.

У будь-якій клітині нашого організму протікають мільйони біохімічних реакцій. Вони каталізуються безліччю ферментів, які найчастіше вимагають витрат енергії. Де ж клітка її бере? На це можна відповісти, якщо розглянути будову молекули АТФ - одного з основних джерел енергії.

АТФ – універсальне джерело енергії

АТФ розшифровується як аденозинтрифосфат або аденозинтрифосфорна кислота. Речовина є одним з двох найважливіших джерел енергії в будь-якій клітині. Будова АТФ та біологічна роль тісно пов'язані. Більшість біохімічних реакцій може протікати тільки за участю молекул речовини, особливо це стосується. Проте АТФ рідко безпосередньо бере участь у реакції: для протікання будь-якого процесу потрібна енергія, укладена саме в аденозинтрифосфат.

Будова молекул речовини така, що зв'язки, що утворюються між фосфатними групами несуть величезну кількість енергії. Тому такі зв'язки також називаються макроергічними, або макроенергетичними (макро = багато, велика кількість). Термін вперше ввів учений Ф. Ліпман, і він запропонував використовувати значок для їх позначення.

Дуже важливо для клітин підтримувати постійний рівень вмісту аденозинтрифосфату. Особливо це характерно для клітин м'язової тканини та нервових волокон, тому що вони найбільш енергозалежні і для виконання своїх функцій потребують високого вмісту аденозинтрифосфату.

Будова молекули АТФ

Аденозинтрифосфат складається з трьох елементів: рибози, аденіну та залишків

Рибоза- Вуглевод, який відноситься до групи пентоз. Це означає, що у складі рибози 5 атомів вуглецю, які у цикл. Рибоза з'єднується з аденіном β-N-глікозидний зв'язок на 1-му атомі вуглецю. Також до пентози приєднуються залишки фосфорної кислоти на 5-му атомі вуглецю.

Аденін - азотна основа.Залежно від того, яку азотисту основу приєднується до рибози, виділяють також ГТФ (гуанозинтрифосфат), ТТФ (тимідінтріфосфат), ЦТФ (цитидинтрифосфат) і УТФ (урідінтріфосфат). Всі ці речовини схожі будовою з аденозинтрифосфатом і виконують приблизно такі ж функції, проте вони зустрічаються в клітині набагато рідше.

Залишки фосфорної кислоти. До рибоз може приєднатися максимально три залишки фосфорної кислоти. Якщо їх два або лише один, то речовина називається відповідно АДФ (дифосфат) або АМФ (монофосфат). Саме між фосфорними залишками укладено макроенергетичні зв'язки, після розриву яких вивільняється від 40 до 60 кДж енергії. Якщо розриваються два зв'язки, виділяється 80, рідше – 120 кДж енергії. При розриві зв'язку між рибозою і фосфорним залишком виділяється всього лише 13,8 кДж, тому в молекулі трифосфату тільки два макроергічні зв'язки (Р - Р - Р), а в молекулі АДФ - одна (Р - Р).

Ось які особливості будови АТФ. Через те, що між залишками фосфорної кислоти утворюється макроенергетичний зв'язок, будова та функції АТФ пов'язані між собою.

Будова АТФ та біологічна роль молекули. Додаткові функції аденозинтрифосфату

Крім енергетичної, АТФ може виконувати безліч інших функцій у клітині. Поряд з іншими нуклеотидтрифосфатами трифосфат бере участь у побудові нуклеїнових кислот. І тут АТФ, ГТФ, ТТФ, ЦТФ і УТФ є постачальниками азотистих підстав. Ця властивість використовується в процесах та транскрипції.

Також АТФ необхідний роботи іонних каналів. Наприклад, Na-K канал викачує 3 молекули натрію з клітини і вкачує 2 молекули калію клітину. Такий струм іонів необхідний підтримки позитивного заряду на зовнішній поверхні мембрани, і лише з допомогою аденозинтрифосфата канал може функціонувати. Те саме стосується протонних та кальцієвих каналів.

АТФ є попередником вторинного месенжера цАМФ (циклічний аденозинмонофосфат) – цАМФ не тільки передає сигнал, отриманий рецепторами мембрани клітини, але і є алостеричним ефектором. Алостеричні ефектори - це речовини, які прискорюють або уповільнюють ферментативні реакції. Так, циклічний аденозинтрифосфат пригнічує синтез ферменту, який каталізує розщеплення лактози в клітинах бактерії.

Сама молекула аденозинтрифосфату також може бути алостеричним ефектором. Причому у подібних процесах антагоністом АТФ виступає АДФ: якщо трифосфат прискорює реакцію, то дифосфат загальмовує і навпаки. Такі функції та будова АТФ.

Як утворюється АТФ у клітині

Функції та будова АТФ такі, що молекули речовини швидко використовуються та руйнуються. Тому синтез трифосфату – це важливий процес утворення енергії у клітині.

Виділяють три найбільш важливі способи синтезу аденозинтрифосфату:

1. Субстратне фосфорилювання.

2. Окисне фосфорилювання.

3. Фотофосфорилювання.

Субстратне фосфорилювання засноване на багатьох реакціях, що протікають у цитоплазмі клітини. Ці реакції отримали назву гліколізу - анаеробний етап В результаті 1 циклу гліколізу з 1 молекули глюкози синтезується дві молекули, які далі використовуються для отримання енергії, і також синтезуються два АТФ.

• З 6 Н 12 О 6 + 2АДФ + 2Фн -> 2С 3 Н 4 O 3 + 2АТФ + 4Н.

Дихання клітини

Окислювальне фосфорилювання - це утворення аденозинтрифосфату шляхом передачі електронів електронно-транспортним ланцюгом мембрани. В результаті такої передачі формується градієнт протонів на одній із сторін мембрани та за допомогою білкового інтегрального комплекту АТФ-синтази йде побудова молекул. Процес протікає на мембрані мітохондрій.

Послідовність стадій гліколізу та окисного фосфорилювання у мітохондріях становить загальний процес під назвою дихання. Після повного циклу з 1 молекули глюкози у клітині утворюється 36 молекул АТФ.

Фотофосфорилювання

Процес фотофосфорилювання - це те ж окисне фосфорилювання лише з однією відмінністю: реакції фотофосфорилювання протікають у хлоропластах клітини під дією світла. АТФ утворюється під час світлової стадії фотосинтезу – основного процесу отримання енергії у зелених рослин, водоростей та деяких бактерій.

У процесі фотосинтезу по тому ж електронно-транспортного ланцюга проходять електрони, у результаті формується протонний градієнт. Концентрація протонів однією зі сторін мембрани є джерелом синтезу АТФ. Складання молекул здійснюється за допомогою ферменту АТФ-синтази.

У середньостатистичній клітині міститься 0,04% аденозинтрифосфату від усієї маси. Однак саме велике значенняспостерігається у м'язових клітинах: 0,2-0,5%.

У клітині близько 1 млрд молекул АТФ.

Кожна молекула живе трохи більше 1 хвилини.

Одна молекула аденозинтрифосфату оновлюється щодня 2000-3000 раз.

У сумі за добу організм людини синтезує 40 кг аденозинтрифосфату, і в кожний момент запас АТФ становить 250 г.

Висновок

Будова АТФ та біологічна роль його молекул тісно пов'язані. Речовина відіграє ключову роль у процесах життєдіяльності, адже в макроергічних зв'язках між фосфатними залишками міститься величезна кількість енергії. Аденозинтрифосфат виконує багато функцій у клітині, і тому важливо підтримувати постійну концентрацію речовини. Розпад і синтез йдуть з великою швидкістю, тому що енергія зв'язків постійно використовується в біохімічних реакціях. Це незамінна речовина будь-якої клітини організму. Ось, мабуть, і все, що можна сказати про те, яку будову має АТФ.